泥河湾盆地下马碑遗址2013年发掘简报

下马碑遗址位于广义泥河湾盆地南部的蔚县盆地中东部,是坐落于壶流河二级阶地上的一处旷野遗址。2013年,河北省文物考古研究院对该遗址进行了考古发掘,揭露出丰富的遗物和遗迹现象;2018年起,国内外多家单位共同完成了遗址地层年代、埋藏过程、古环境和出土文化遗存的系统性多学科研究工作。该遗址发掘揭露面积12 m^(2),地层剖面深度约为290 cm,自上而下分为7个地层单位,其中第6层为原地埋藏的主文化层,基于光释光与^(14)C测年并经贝叶斯模型计算为距今4.1~3.9万年。本文对下马碑第6层出土的各类遗物与遗迹进行系统报道,主要包括382件石制品、445件动物化石碎片、1件骨器和1套赭石颜料加工遗存,以及1处火塘。该遗址的发现与研究再现了距今4万年前东亚早期现代人加工、使用赭石颜料和复合工具的生活图景,更新了国际学术界对东亚早期现代人行为适应的认识。

华北北部中元古界下马岭组页岩有机岩石学研究

华北北部中元古界下马岭组页岩是中国最古老的海相烃源岩之一,生源简单,有机质丰度高且成熟度低,但目前仍缺少对其显微组分面貌和成因的详细研究。通过有机岩石学方法,研究了下马岭组页岩中显微组分的组成、特征及其成因。结果表明,下马岭组页岩中显微组分组成较复杂,包括沥青质体、层状藻类体、类镜质组颗粒、矿物沥青基质和沥青铀钍矿。在显微镜下观察到类镜质组颗粒、沥青质体和层状藻类体存在光性过渡变化,它们的随机反射率呈现出逐渐减小的趋势,荧光逐渐增强。这种光性的过渡变化与它们的成因紧密相关。随着缺氧微生物降解作用的逐渐增强,层状藻类体会逐步降解形成沥青质体和类镜质组颗粒。有机质遭受放射性矿物颗粒的离子辐射聚合作用后形成沥青铀钍矿,其中放射性矿物颗粒主要为独居石和钍石。放射性矿物颗粒的热辐射对有机质成熟度有一定的影响,但是影响范围较小。

华北燕辽裂谷盆地中元古代构造古地理演化——来自蓟县地区下马岭组碎屑锆石年代学的证据

燕辽裂谷盆地位于华北克拉通北部,记录了华北克拉通古元古代碰撞拼合之后的陆内伸展、中元古代Nuna超大陆裂解和全球大气海洋增氧等重大地质事件,但燕辽裂谷盆地中元古代古地理与构造演化研究一直较为薄弱。对该盆地蓟县地区下马岭组标准剖面开展了沉积学与碎屑锆石U-Pb年代学研究,获取了下马岭组地层沉积特征与碎屑锆石的U-Pb年龄。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示下马岭组石英砂岩样品中的碎屑锆石207 Pb/206 Pb年龄范围为3270~1806 Ma,且展示2530 Ma和1880 Ma两个显著峰值,表明下马岭组碎屑岩地层主要由新太古代和古元古代晚期的碎屑物组成,而且这两个显著的年龄峰分别对应于华北克拉通新太古和古元古代两期重大地质事件。此外,另有少量~2750 Ma和3200 Ma的碎屑锆石,分别对应两期华北克拉通太古宙岩浆事件。碎屑锆石年龄分布特征显示下马岭组沉积于伸展背景。该文结合蓟县系和其下伏长城系沉积组合与盆地古地理分析,提出燕辽裂谷盆地的构造演化可大致分为4个阶段,分别是①碰撞后伸展转换阶段(1.85~1.60 Ga);②早期陆内伸展阶段(1.60~1.40 Ga);③对应于全球Nuna超大陆裂解事件的裂谷作用阶段(1.40~1.30 Ga);④整体抬升阶段(1.32~1.0 Ga)。

燕山西段元古界下马岭组层序地层特征及地层格架

以野外露头观察和室内详细研究为基础,结合沉积模式和层序地层学基本原理,系统分析了燕山西段下马岭组的沉积特征,进行了单剖面层序地层划分。燕山西段下马岭组以陆源碎屑滨浅海沉积为主,部分地区发育少量碳酸盐岩夹层。涿鹿盘到底剖面是研究区下马岭组发育最全的剖面,可以识别出2个三级层序(S.1和S.2),都由海侵体系域、早期高水位体系域和晚期高水位体系域组成。延庆千沟剖面下马岭组三分性不明显,仅可以划分出海侵体系域和高水位体系域两部分。由于构造抬升破坏,下马岭组在赤城大岭堡剖面仅保留海侵体系域。通过空间上的大范围追索和对比,建立了燕山西段下马岭组的层序地层格架,为燕山地区前寒武纪的进一步研究提供了基础资料。

华北青白口系下马岭组凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb定年

华北中、新元古代地层一直是建立中国晚前寒武纪地层标准剖面的主要目标,其年代地层位置一直是地学界关注的基础地质问题。然而,许多关键层位仍缺乏高质量同位素年龄的约束。首次在华北青白口系下马岭组凝灰岩中获得大量岩浆型锆石,利用SHRIMPII技术进行了高精度定年,测得凝灰岩层锆石206Pb/238U加权平均年龄为1368Ma±12Ma。进而结合区域资料讨论了锆石年龄的地质意义。该同位素年代学资料为华北青白口系下马岭组最新的资料,不仅准确地确定了地层的形成时代,而且对整个华北地台中、新元古代地层地质演化史的认识有着重要的意义。

海底热水活动与海相富有机质层形成的关系——以华北新元古界青白口系下马岭组为例

对华北新元古界青白口系下马岭组富有机质层段的常量元素、微量元素和有机质含量进行了系统分析,其基本特征是富有机质沉积层段的SiO_2含量明显高于泥质岩中的含量,SiO_2含量与TOC成正相关系,与TiO_2含量成反比,Si/(Si+AI+Fe)比值与TOC成正相关关系;与海底热水流体活动有关的P、Cu、Zn、Co、Ni、V等元素含量明显富集,Ba/Sr比值远远大于1,且与TOC之间成正相关关系。在下马岭组剖面上,从Qb_1X^3向上纹层一薄层状硅质岩夹层增多,有机质含量也开始急剧增高。地质地球化学特征表明,在下马岭组富有机质沉积层段形成时,盆地拉张沉降作用强烈,海底热水活动与之紧密相伴,而且海底热水流体活动是导致该富有机质沉积层段形成的主要原因。

中国最老古油藏——中元古界下马岭组沥青砂岩古油藏

从冀北坳陷下马岭组(Qnx)沥青砂岩与火成岩侵入体的共存关系入手,利用有机岩石学、同位素年代学方法准确厘定Qnx沥青砂岩油藏的成藏时限。根据野外调查、实验室薄片镜下观察及浅钻结果,在前人已发现Qnx底砂岩油苗/沥青点的基础上,新发现Qnx油苗/沥青点31处(其中肉眼可见黑色沥青点21处),基本查明了Qnx沥青砂岩油藏平面分布规律并命名了4个古油藏:平泉双洞、凌源龙潭沟、宽城芦家庄和宽城塌山古油藏。根据沥青含量,采用体积法估算Qnx沥青砂岩古油藏的规模在7×108～10×108 t。大量样品的有机岩石学分析发现,Qnx沥青砂岩中发育两类具有不同反射率特征的固体沥青,在固体沥青中发现了类天然焦结构,首次以直接证据证实Qnx底砂岩沥青遭受过严重的热蚀变效应。Qnx辉长辉绿岩斜锆石SHRIMP U-Pb测年结果为1 327 Ma±2 Ma,限定Qnx沥青砂岩油藏的成藏时间为1 400～1 327 Ma,确定Qnx沥青砂岩油藏是迄今为止中国最古老的油藏。

蓟县中元古界下马岭组中菱铁矿的发现及其意义

蓟县剖面中元古界下马岭组地层下部黑色岩系中发现丰富的铁质结核,经X射线粉晶衍射、显微镜下观察、能谱分析等方法鉴定,确定铁质结核主要由菱铁矿构成。这些菱铁矿可能具有经济意义。另外,野外和室内研究表明,无论是铁质结核还是黑色岩系本身,都匮乏硫化物。这一发现说明中元古代下马岭期的燕辽海盆水体贫氧、富铁、贫硫,不是硫化的海洋。

烃源岩非均质性及其意义——以中国元古界下马岭组页岩为例

以中国元古界下马岭组页岩为例,基于野外露头、镜下观察和地球化学特征分析,对不同尺度的烃源岩非均质性及烃类的微观赋存特征进行研究。岩石圈板块运动和古纬度位置导致烃源岩宏观旋回性和非均质性,天文轨道力控制的气候变化可能是导致烃源岩微观非均质性的最主要原因。因此,烃源岩非均质性是恒定存在的,不仅体现为有机质含量的差异,还包括碎屑物来源和孔隙度的差异。在油气资源评价,尤其是非常规油气资源评价时需要充分考虑烃源岩的非均质性。烃源岩非均质性特征为油气生成、排驱和储集提供了良好的"源储组合",为估算非常规油气经济可采储量提供了新的参考指标。因此烃源岩非均质性的定量化研究对非常规油气形成机理及资源量预测具有重要意义。

北京地区中元古界下马岭组页岩气形成条件

以野外露头与地热井的岩屑样品为基础,以岩石学、有机地球化学和储层物性实验测试分析为手段,对北京地区中元古界下马岭组页岩进行了页岩气形成条件研究。结果表明,中元古界下马岭组页岩分布广泛,沉积厚度大,有机碳含量高,有机质类型好,以Ⅱ型为主、兼有少量的Ⅰ型,具有良好的页岩气形成条件。中元古界下马岭组页岩矿物组成主要为石英和黏土矿物,石英平均质量分数为60%,黏土矿物平均质量分数为31.5%,黏土矿物中伊利石含量最高,占黏土矿物总组成的77.54%;页岩中微孔隙与微裂缝发育,具备良好的页岩气赋存条件,等温吸附实验也证明了这一点。北京地区经历了多期构造变动,但页岩气藏具有较强的抗构造破坏能力,使得研究区具有较好的页岩气保存条件。总体认为北京地区中元古界下马岭组是较理想的页岩气勘探目的层系。

海相油页岩的生烃动力学特征——以燕山地区下马岭组油页岩为例

油页岩是未来重要的补充与替代能源。通过开放体系程序升温热模拟实验,对燕山地区下马岭组海相油页岩进行了研究。结果表明:其热裂解反应主要发生在440～480℃,表观生烃活化能集中分布于170～290 kJ/mol,主峰约为240 kJ/mol,明显高于陆相油页岩(抚顺油页岩和茂名油页岩),而与下古生界海相烃源岩(甘肃平凉奥陶系灰岩及爱沙尼亚奥陶系Kukersite油页岩)活化能分布范围及主峰位置相似。以ICP技术规范为例,在相同热历史条件下,通过数值模拟认识到下马岭组海相油页岩主生烃温度为275～325℃,高于湖相油页岩(265～305℃),而与下古生界海相烃源岩相似,表明其可能具有与古生界海相有机质相似的生烃机理。

河北张家口下花园地区新元古代下马岭组油页岩中的红藻化石

通过对下花园地区晚前寒武纪下马岭组油页岩的研究,发现了保存极为完好的红藻化石,同时也发现特定的底栖宏观红藻可以作为重要生烃母质,在中—低成熟度条件下,甚至可以成为重要生油母质。

华北燕山东段下马岭组黑色岩系元素地球化学组成——对其沉积作用的约束

华北地区燕山东段下马岭组地层中发育一套黑色岩系,本文测定了该岩系代表性岩石的地球化学组成。主微量元素分析结果显示,样品主量元素含量变化较大（如SiO2=53.00%~78.83%,Al2O3=1.20%~17.57%）;PAAS标准化稀土配分型式为重稀土富集型,具Ce负异常,与现代海水配分型式一致。样品具有较高的Al2O3＋TiO2含量（1.31%~18.48%）,其U含量（平均3.95×10-6）、Th/Sc值（0.97~1.26）、Th/U值（平均3.50）、球粒陨石标准化稀土配分型式及大陆地壳标准化微量元素蛛网图表明黑色岩系沉积过程中有较多陆源碎屑物质的加入。黑色岩系Ba/Sr值（9.28~22.79）、Co/Zn值（0.01~0.29）及相关图解显示其沉积过程明显受到海底热液作用的影响,但原始溶液中热液组分含量不足0.1%。主微量元素比值、Ce/Ce＊PAAS值（0.82~0.93）及构造背景判别图解表明黑色岩系可能沉积于大陆岛弧背景下的深水缺氧环境。

宣龙坳陷新元古界下马岭组沉积相特征研究

河北省怀来县赵家山地区新元古界青白口系下马岭组为一套碎屑岩沉积,主体岩性为灰绿色—灰黑色页岩及灰色含铁粉—细砂岩,该组地球化学特征明显,其值随沉积相带发生明显的规律变化;通过对该地区野外仔细观察、测量,结合室内薄片资料和地球化学分析,认为该地区下马岭组可划分为滨岸和浅海陆棚2个相带及近滨、过渡带以及滨外陆棚3种亚相。并总结出该地区的下马岭组的沉积相模式。

河北张家口下花园青白口系下马岭组“红藻石”的发现

红藻石由红藻形成。绝大部分红藻石与珊瑚藻有关。珊瑚藻形成的红藻石发育于中新生代,早古生代有管孔藻形成的红藻石。本文记录了发现于下花园地区的新元古代青白口系下马岭组四段的红藻石。这类红藻石的中心部分被沥青充填。通过薄片观察发现沥青饼的周围硅化部分存在两类红藻四分孢子囊:一类四分孢子囊包埋于球状构造内,另一类四分孢子囊包埋于叶片状构造内。

张家口下花园青白口系下马岭组灰质页岩热模拟实验

华北地区中上元古界地层烃源岩的有机质热演化普遍处于高成熟-过成熟阶段,而张家口下花园青白口系下马岭组页岩和灰质页岩的Rb仅有0.38～0.6％,处于低成熟阶段,是系统研究中上元古界地层的生烃模式及有机质热演化特征的较理想模拟实验样品。本次模拟结果表明:模拟温度在27.5℃以前（R。<0.80％）为低成熟阶段,275℃～350℃（R0为0.8～1.32％）为成熟阶段;其中325℃（R0为1.16％）为生油高峰,350℃（R0为1.32％）为轻质油高峰,350℃～410℃（R0为1.32～2.0％）为高成熟阶段,410℃以后（R0>2.0％）为过成熟阶段。随着温度升高,生成的烃类和干酪根碳同位素（δ13C）逐渐变重,验证了δ13C存在温阶效用。在过成熟阶段,可溶有机质亦发生了芳核的缩聚反应,使芳烃含量减少,大分子的沥青质含量增多。可溶有机质在高成熟-过成熟阶段有“逆转”现象,正构烷烃碳数分布出现了双主峰,高碳数部位出现了奇偶优势等特征。当Rb>0.81％以后,同一温度点的Rb％>R。％。无水与加水模拟实验对比表明,加水实验的液态烃产率高,液态烃中重组分相对含量多,说明无水实验中热裂解反应强烈,而加水实验更接近地层热演化条件。

华北北部凌源—宁城盆地中元古界下马岭组生烃潜力分析:以小庄户剖面为例

通过岩石热解、饱和烃色谱-质谱、镜质体反射率等分析测试方法,对凌源—宁城盆地小庄户剖面中元古界下马岭组烃源岩的有机质丰度、类型及成熟度进行详细分析,综合评价其生烃潜力。研究结果表明,下马岭组有机碳的含量分布在0.15%~1.68%,平均值为0.67%。应用Pr/n-C_(17)与Ph/n-C_(18)的相关关系及干酪根碳同位素分析,判断其有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ_1型。镜质体反射率Ro主要分布于1.26%~2.24%,平均为1.87%,指示下马岭组部分烃源岩属于高成熟演化阶段。综合评价认为,凌源—宁城盆地中元古界下马岭组烃源岩生烃物质基础较好、有机质类型好、成熟度高,可能发生过较大规模的生排烃作用。

燕辽海盆中元古界下马岭组沉积期的物源性质与古地理环境

通过对河北省张家口下花园区夏家沟-古城梁、怀来县赵家山等剖面地质测量,分析了1400 Ma前沉积的下马岭组岩性变化、沉积序列与海平面升降演化、岩石矿物组分与重矿物组合,认为下马岭组沉积时期发育温暖湿润的气候条件及多期热带风暴作用,早期的大规模风暴与浊流等事件沉积,晚期的浅海陆棚风暴岩、深水陆棚泥页岩、细粒浊积岩及安静水体的泥灰岩透镜体(灰泥饼)等是其鲜明的沉积响应。该时期发育一次长期缓慢的海平面上升-下降过程,对应一个二级层序。内幕可细分为五次海平面升降变化,对应五个三级层序;下马岭组沉积早期的物质组分主要以砂质、泥质为主,晚期转化为以泥质、灰质、云质为主,砂质减少,两种类型的物质组合系统先后影响燕辽裂陷槽;下马岭组沉积时期,具有双物源性质,除了主要来自于东部的山海关古隆起外,晚期可能也有西部山西古陆提供物源,来自北部的沉积物源不发育,推测北部的内蒙-冀北隆起(内蒙地轴)不存在,燕辽盆地具有西陡东缓的箕状断陷盆地特征,盆地古地形、物源供给变化与多级次海平面振荡变化控制了下马岭组沉积物的时空演化特征。该研究为1400 Ma前华北克拉通北部燕辽盆地岩相古地理的恢复提供了重要参考。

铀对古老烃源岩有机质生烃影响——以华北花园地区下马岭组元古界烃源岩为例

选取华北花园地区下马岭组元古界低成熟泥页岩为代表的低成熟古老烃源岩,制备成干酪根,分别在正常和含铀条件下进行高压釜黄金管生烃模拟实验,探讨铀对古老烃源岩有机质生烃的影响。结果表明:铀影响古老烃源岩有机质生烃产率和热演化,降低有机质生烃中甲烷的形成,使液态烃的生成滞后,并在成熟—过成熟阶段抑制液态烃的裂解,总烃产率不变;二氧化碳和氢气产率明显提升;含铀条件下生成的甲烷、乙烷、丙烷和二氧化碳的δ^(13)C值比正常条件的轻,铀可抑制有机质生烃的热演化,降低有机质成熟度,与铀共生的古老烃源岩生成的油气更容易保存。

蓟县下马岭组菱铁矿的成因及古海洋意义

蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断。文中利用碳同位素对其成因加以制约,进而反演该时期的古海洋环境。结果显示,研究区菱铁矿的δ~13 C的变化范围为-19.2‰^-7.8‰,平均约-15.0‰,明显富集碳的轻同位素。根据自然界中不同碳库的碳同位素组成特征,判定这些菱铁矿中的碳主要来源于有机碳。虽然海洋中大量有机质被氧化释放出富12 C的CO_2溶解于海水后可直接沉淀出轻同位素富集的碳酸盐岩,但这往往要求极端氧化的水体环境,而这种情况下并不能形成菱铁矿沉淀,因此认为研究区菱铁矿应是成岩过程中由有机质降解产生的CO_2与孔隙水中的Fe^(2+)结合的产物。海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式沉淀下来,并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中,后在成岩过程中发生氧化还原反应,三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO_2,有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁,二者结合即构成菱铁矿。同时,有机质热脱羧反应提供的CO_2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中。海洋中铁的沉淀形式表明,至少在燕辽海盆,下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态,其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁。同时,地层中的硫含量极低,说明该时期古海洋贫硫。然而下马岭期燕辽海盆广泛氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式,对此有必要进行更深入系统的研究。